数电课设智力竞赛抢答计时器方案.docx
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数电课设智力竞赛抢答计时器方案
目录
一.摘要2
二.设计任务书3
2.1设计题目3
2.2技术要求3
2.3给定条件及元器件3
2.4设计内容4
三.电路的组成及工作原理5
四.元器件的选取及其引脚图和功能7
五.整机电路图12
六.元件明细表13
七.总结14
八.参考文献16
一.摘要
本文是利用双D触发器74LS74和同步十进制计数器74LS192及简单门电路设计,实现智力竞赛抢答计时器,这好比一名公正的裁判员,它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者,并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。
本设计实现的是三路抢答,其具有抢答,倒计时,及倒计时暂停功能等。
关键词:
三人抢答器智力抢答
二.设计任务书
2.1设计题目:
智力竞赛抢答计时器的设计。
2.2技术要求:
1)设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器;
2)当有某一参赛者首先按下抢答开关时,相应
显示灯亮并伴有声响。
此时抢答器不再接收其他输入信号;
3)电路具有回答问题时间的功能。
要求回答问
题的时间小于100秒<显示为0~99),时间显示采用倒计时的方式,当达到限定时间时发出声响以示警告。
2.3给定条件及元器件:
1)要求电路主要选用中规模TTL集成电路CT74
系列;
2)电源电压为5V;
3)用LED数码管显示时间。
2.4设计内容:
1)电路各部分的组成和工作原理;
2)元器件的选取及其电路图和功能;
3)整机电路图;
4)元件明细表;
5)参考文献;
6)在设计过程中遇到何问题,其原因及解决办法
的心得体会。
三.电路的组成及工作原理
根据上面所说的功能要求,智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图所示。
它主要有六部分组成:
清零装置
振荡电路
显示、声响电路
抢答器
计时、显示声响电路
抢答控制电路
图1智力竞赛抢答计时器系统组成框图
1)抢答器——是智力竞赛抢答器的核心。
当参
赛者的任意一位首先按下抢答开关时,抢答器即刻接受该信号,指使相应发光二极管亮<或音响电路发出声音),与此同时,封锁住其他参赛者的输入信号。
2)清零装置——供比赛开始前裁判员使用。
它
能保证比赛前触发器统一清零,避免电路的误动作和抢答过程的不公平。
3)显示、声响电路——比赛开始,当某一参赛
者按下抢答器开关时,触发器接受该信号,在封锁其他抢答信号的同时,使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响,以引起人们的注意。
4)计时、显示、声响电路——是对抢答者回答
问题时间进行控制电路。
若规定回答为的时间小于100秒<显示为0~99),那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。
5)抢答控制器——由三个开关组成。
三名参赛
者各控制一个,拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。
6)振荡电路——它应该提供给抢答器、计时系
统和声响电路工作的控制脉冲。
四.元器件的选取及其引脚图和功能
4.1抢答控制电路
该系统由三个开关A,B,C组成,分别由三名参赛者控制。
常态时开关接地,比赛时,按下开关,使该端为高电平。
4.2抢答器
抢答器是由三个D型触发器和一个与非门组成。
它的工作原理是这样的:
如果参赛者A首先按下开关,使该端的输入信号为高电平,触发器1的输入端D接收该信号使输出Q为高电平,相应的
为低电平,这个低电平信号同时送到与非门G1的输入端,与非门G1被封锁,使触发器的控制脉冲CP信号由于与非门G1封锁而被拒之门外,触发器FB和FC因为不具备CP脉冲信号而不接收开关B和C控制端送入的信号<其他两种情况类同)。
因为该电路只接收第一个输入信号,即使此时其他参赛者也按下开关,但由于与非门已被封锁,信号是输入不进去的。
此部分使用芯片双D触发器74LS74,其引脚图及功能表如下:
引脚图
功能表
4.3清零装置
为了保证电路正常工作,比赛开始前,裁判员都要将各触发器的状态统一清零。
本系统利用D触发器的异步复位端来实现清零功能。
该触发器的异步复位端为
低电平用一个开关J控制,正常比赛时,使
,
均处于高电平,用
=0实现复位功能。
4.4计时显示声响电路
当裁判按下开关J4时,是两个74LS192芯片的置位端为零,即输出输入端的信号,若设置为0101和0000,此时74LS74端输出分别也为0101和0000,与此相连的数码管将输出5和0,随着脉冲的输入,数码管将从50往下倒计时。
当有选手按下开关之后,与三个LED灯相连的与非门输出使得74LS192芯片的清零端为1,即此时输出为00,当主持人按下开关J时,74LS192芯片的清零端部位1,数码管将不再保持输出00,又加之脉冲,计时将从99往下倒计时。
若主持人,按下J2开关,74LS192芯片的输入脉冲被与非门锁住,数码管显示将不再往下降,这就是暂停功能。
所用74LS192芯片的引脚图和功能表如下:
引脚图
功能表
用两片CC40192组成的一百进制减法计数器电路。
由功能表可以看出,要使初值分别为5、0,只需将两个芯片的输入端分别接为0000和0101。
要使电路实现倒计时<减法)功能,应使CR=0,
=1,CP+=1,CP-=CP。
可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。
声响显示电路需要在两种情况下做出反应:
一种是当有参赛者按下抢答开关时,相应电路中的发光二极管亮,同时推动输出级的蜂鸣器发出声响;第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后,计时开始倒计时,若回答问题时间到达限定的时间,蜂鸣器发出声响。
显示电路由发光二极管与电阻串联而成,发光二极管正极接电源端,负极接D触发器的
端。
当某参赛者按下开关,该触发器接收该使其输出Q端的状态为高电平,相应的
端为低电平,就有电流流过发光二极管使它发亮。
计时系统的驱动显示电路选用BCD-7段锁存译码/驱动器CC4511和七段数码管组成,其工作原理可参照“数字钟”的有关内容。
声响电路由两分组成:
一是由门电路组成的控制电路,二是三级管驱动电路。
门控电路主要由或门组成,它的两个输入,一个来自抢答电路各触发器输出
的与非,它说明只要有一
为低电平,就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣器发声;另一个来自计时系统高位计数器的借位信号OB,它说明计时电路在99秒向98秒,97秒,…2 秒,1秒,0秒倒计时再向99秒转化时向高位借位给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。
这个高电平信号也能使蜂鸣器发声,为了保证电路的可靠工作,也可采用与非门构成的基本RS触发器驱动。
置数连接方法
4.5振荡电路
本系统需要产生两种频率的脉冲信号,一种是频率为500KHz的脉冲信号,用于触发器CP信号驱使芯片74LS74工作;第二种频率为1Hz信号用于计时电路。
以上电路可用555定时器组成,也可用石英晶体组成的振荡器经过分频率得到。
在软件实现过程中,可以直接使用脉冲源。
五.整机电路图
六.元件明细表
1.电阻:
1KΩ*35.1KΩ*13.3KΩ*33KΩ*2
2.开关*6
3.七段数码管*2
4.门电路:
与非门*5或门*1反相器*1
5.脉冲源*2
6.LED发光二极管*3
7.芯片:
74LS74*274LS192*2
8.蜂鸣器*1
9.5v电源接地装置
七.总结
7.1元件选择问题
开关:
本系统中所需要的开关均是按下之后需要恢复的开关,因此要选择复位开关。
电阻:
为了使二极管正常发光或熄灭,以及引脚正确呈现高低电平,需要使用合适的电阻。
这里,与二级管相连的电阻选择1千欧,与开关相连的电阻选择3千欧。
7.2参数设定问题
信号源频率设定:
倒计时电路中需要1秒倒计时倒计一次,因此信号设定为1HZ;在抢答电路中则需要较高频率,因此设定为50KHZ。
电源均设定为5V。
历时一个星期的课程设计结束了,通过这次的课程设计,我的动手能力和经验有了一定程度的提高,在数字逻辑电路技术的理论知识上也有了更深的了解。
在调试的过程中,通过排除故障,我学到了不少知识,增长了许多经验,而这些都是书上学不到的。
巩固和运用了本学期的《数字电子技术基础》课程中所学的理论知识和实验技能,基本掌握了常用电子电路的一般设计方法,提高了设计能力和实验技能。
通过这一次的数字逻辑“抢答器”的课程设计,巩固了本学期数字逻辑课程的基本内容,对于逻辑问题的分析及设计有了更进一步的掌握。
设计过程中,对于multisim的操作有了进一步的掌握,以及对具体问题的分析,这些都是收获。
同时又发现自己的很多不足,自己知识有很多的漏洞,看到了自己的实践经验还是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。
这次由于我们的学业不精和时间等客观问题,未能使设计达到完善,还有很多缺点和错误,希望老师能提出改进意见,谢谢老师的辛勤栽培,今后我将更加努力。
八.参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础.第五版.北京:
高等教育出版社,2005.
[2]刘丽君,王晓燕.电子技术基础实验教程.南京:
东南大学出版社,2008.10.
[3]李维.数字电路课程设计及实验.大连:
大连理工大学出版社,2008,9.
[4]许小军.数字电子技术实验与课程设计指导.南京:
东南大学出版社,2007,5.
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- 关 键 词:
- 数电课设 智力 竞赛 抢答 计时器 方案